東坪水電廠調速器的缺陷分析及處理

李崇仕，沈琴峰，劉　賢，江有志

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

東坪水電廠調速器的缺陷分析及處理

李崇仕，沈琴峰，劉賢，江有志

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：文章首先介紹了東坪水電廠調速器系統結構與工作原理，分析了調速器運行過程中存在主配拒動設置方式不合理；導葉傳感器正電壓消失時機組處于失控狀態因此急需升級換型問題；導葉、輪葉主配引導閥卡死這3個缺陷，然后針對缺陷提出了具體改造方法，最后，通過分析改造前后設備運行情況，證明了改造的成功。

關鍵詞：調速器；主配拒動；導葉傳感器；導葉、輪葉與引導閥卡澀

1　前言

東坪水電廠為資江流域上游柘溪電廠的反調節電廠，裝有4臺燈泡貫流式水輪機，總裝機容量為72MW，年平均發電量為2.912億kW·h。機組調速器采用武漢三聯PSW(S)T—150—6.3，PSW表示：比例數字冗余電液轉換，W(S)T表示：導葉槳葉雙重調節，主配壓閥直徑為150mm，工作油壓為6.3MPa。從2007年裝機以來調速器系統已經運行了8年之久，調速器出現了很多問題：主配拒動設置不合理加大了保護的誤動性；導葉傳感器問題，當機組并網運行時正極信號消失，機組導葉會迅速開至全開，導致機組過負荷甚至出現飛逸；導葉、輪葉主配引導閥卡死時要對調速系統進行泄壓處理，費時費力且影響機組穩定運行。因此對這些故障進行排除是迫切的。

2　調速器系統結構與工作原理

（1）機械部分由比例伺服閥＋數字球閥＋機械手動組成機械冗余結構。比例伺服閥以及數字球閥都起電液轉換作用，將電氣信號轉換成一定操作力和位移信號從而驅動下一級的液壓放大系統，比例伺服閥和數字球閥二者互為備用，在自動狀態下由比例伺服閥來完成電液轉換，當然也可以機械手動操作選擇。當電液轉換出現卡阻拒動情況，電氣部分自動切換到另一路電液轉換環節[1,2]。該調速器采用三級放大：

第一級：比例伺服閥或數字球閥組成；

第二級：引導閥和輔助接力器組成；

第三級：主配壓閥和主接力器組成。

（2）電氣部分采用可編程控制器WT-PLC來保障計算機監控系統和機組運行的穩定性，核心控制器為法國施耐德公司的TWDLMDA40DTK。采用雙機結構，即兩個CPU，如圖1，A機、B機之間采用為Modbus Plus網絡拓撲結構，兩套系統從輸入至輸出、電源配置等都完全相同，故相互完全獨立。A、B機間采用智能全容錯冗余熱備方式也可以采用手動操作選擇。

圖1　系統結構圖

3　存在的問題與改造方式

3.1主配拒動

主配拒動設置不合理，主配拒動信號一般是用主配壓閥活塞上的一個行程開關信號，其實就是主配在非關的位置，只有在主配向關的方向動的時候接點才會復位，大部分時候主配拒動信號會一直保持，由于一般行程開關的死區至少為2~4mm，而一般主配壓閥的行程多在8~10mm，導致該行程開關的可靠性不高，加大了保護誤動的風險。主配經常發生誤動或拒動，當機組甩負荷，轉速超過115%時，機組緊急事故停機，無法直接停到空載或空轉。該方式的最大不足在于信號靈敏度太低、死區過大。

改造方式：由電調根據開度目標與開度反饋之間的偏差及實際開度的變化率綜合判斷，電調邏輯判斷后通過數字量輸出板（DO）開出，驅動一中間繼電器，中間繼電器的開出接點接到監控系統原“主配拒動”輸入點即可。具體為當開度偏差大于5.00%且開度變化率未按要求方向大于0.10%/100ms，延時確認3 s即判定“主配拒動”。

邏輯表達式為：

CN：=ABS（OT-OF）＞5.00%&OV＜0.10%/100ms；

CN：控制異常；OT：開度目標；OF：開度反饋；OV：開度變化率。

3.2導葉傳感器問題

東坪電廠水輪機活動導葉開度傳感器型號為米銥WDS-1500-P60-SR-U，該型傳感器采用拉線式，其輸出信號為0~10 V制式；該傳感器主要不足有：

（1）電壓輸出

電壓制式輸出的傳感器均存在共性問題，即輸出信號開路后采樣側電壓均需要一定的時間才能完全消失，這樣就會影響調速器對反饋消失的反應時間，致使信號消失后實際開度變化量大于1%。根據湖南省電力技術中心報告，當斷開調速器導葉反饋的正極信號時，由于殘存電壓影響導致調速器未能報故障信號，而顯示為正常狀態。同時，調速器將導葉開度開至全開，導致機組發生過負荷，機組過速甚至出現飛逸。

（2）拉線驅動

拉線帶動內部輪軸將外部位移信號轉換為內部電位器轉角信號的測量方式容易受機組振動的影響，造成被測信號隨機組振動而變化，特別是在行程較長的情況下更為明顯；且輪軸張力受行程影響較大，在小行程時更為明顯。

（3）測量規格

現使用的位移傳感器可選量程幅度變化太大，1 000mm以上即為1 500mm，使被測精度明顯下降，因此，精度也叫線性精度對選擇新型傳感器是一個重要依據。

綜上所述，選用M T S公司的R系列：RP01200M型傳感器。其特點是采用非接觸式磁致伸縮拉桿型，因其采用的是絕對數值輸出，即使斷電也不用對其調零，所以性能可靠永不磨損；為電流輸出型，其規格：4~20mA；測量范圍為：0~1 200mm。

圖2　磁致伸縮拉桿型傳感器安裝示意圖

3.3導葉、輪葉主配引導閥卡死

引導閥與端蓋間的密封為傳統的“O”型密封，引導閥與引導閥端蓋間的間隙為0.02mm。引導閥下行的驅動力來自上部“電－液”轉換裝置（操作力至少達200 kg），而上行的驅動力來自引導閥下部的彈簧（操作力僅為20 kg）。當引導閥桿與端蓋間因間隙較小，長期摩擦出現阻力大于20 kg時，引導閥就卡阻在關閉側。

改造方式：由于引導閥與其端蓋間平常與回油連通，僅在急停閥投入后才通入壓力油。可將其密封改進為“Y”型密封，同時增大間隙。由于加大了引導閥與端蓋間的間隙，從而避免了引導閥桿與端蓋直接摩擦甚至出現卡阻的現象；緊急停機電磁閥投入時，壓力油的作用自上而下會把Y型密封圈壓的更緊，而不會發生滲漏現象。圖3為改造示意圖。

圖3　密封換型改造圖

4　改造后運行情況

此次調速器諸多隱患改造后，目前設備運行情況如下：

（1）主配拒動信號獲取的方式舍棄了主配壓閥上的行程開關信號，而改用邏輯判斷，避免了信號誤動這一不安全因素。

（2）改造之前，曾出現過拉線的松動導致導葉傳感器的反饋值與導葉實際位置不符的情況。從1號、4號機組運行情況看，導葉傳感器改造是非常成功的，從而確保機組不出現過速的嚴重后果。

（3）1號與4號機組導葉、輪葉主配引導閥改造過后，未出現卡澀現象。與未改造的2號、3號機之間對比明顯。

4　結語

水輪機調速器作為水輪機的核心系統，就目前情況，對東坪水電廠調速器的缺陷進行改造是很有必要的。此次改造發現的問題都一一得到很好的解決，從分析到給出改造方案甚至到設備選型都進行了嚴格的論證，有力的保證了東坪水電廠的安全生產。

參考文獻：

[1]東北電網有限公司.水輪機調速器檢修[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]武漢三聯水電.三聯數字調速器原理操作說明書[Z]，2011.

中圖分類號：TK730.4+1

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0056-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.016

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：李崇仕（1987-），男，助理工程師，從事機械設備檢修和維護工作。